蛍光寿命測定装置、蛍光寿命測定方法及びプログラム
【課題】簡易な構成で蛍光寿命を取得し得る蛍光寿命測定装置、蛍光寿命測定方法及びプログラムを提案する。
【解決手段】測定対象の蛍光体が配されるステージを移動させ、一定の速度で移動されるステージに配される蛍光体に対して励起光を照射し、励起光により発する蛍光の残光を撮像し、撮像された画像を用いて、対象とすべき残光位置における蛍光位置からの経過時間と、残光強度とを検出し、蛍光寿命を算出する。
【解決手段】測定対象の蛍光体が配されるステージを移動させ、一定の速度で移動されるステージに配される蛍光体に対して励起光を照射し、励起光により発する蛍光の残光を撮像し、撮像された画像を用いて、対象とすべき残光位置における蛍光位置からの経過時間と、残光強度とを検出し、蛍光寿命を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は蛍光寿命測定装置、蛍光寿命測定方法及びプログラムに関し、励起光の照射により発する光の寿命を検出する技術を用いる分野に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、セルに保持される試料に対してパルス状の励起光を照射し、該励起光により発する蛍光の時間波形を光電子増倍管やストリークカメラを用いて測定し、当該測定結果から蛍光寿命を得る蛍光寿命測定装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３４９８３３公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところがかかる蛍光寿命測定装置は、光電子増倍管やストリークカメラ自体が比較的大型なものであるため全体として大型となる。またこの蛍光寿命測定装置では、パルス状の励起光を照射する光源が用いれられ、該光源からの照射タイミングに合わせて、光電子増倍管やストリークカメラを駆動ことが必要となるため、光電子増倍管やストリークカメラの調整過程が複雑かつ長時間を要していた。
【０００５】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、簡易な構成で蛍光寿命を取得し得る蛍光寿命測定装置、蛍光寿命測定方法及びプログラムを提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために本発明は、蛍光寿命測定装置であって、測定対象の蛍光体が配されるステージを移動させる移動手段と、移動手段により一定の速度で移動されるステージに配される蛍光体に対して励起光を照射する照射手段と、励起光により発する蛍光の残光を撮像する撮像手段と、撮像部が撮像した画像を用いて、蛍光位置から、対象とすべき残光位置における経過時間と残光強度を検出し、蛍光寿命を算出する蛍光寿命算出手段とを設ける。
【０００７】
また本発明は、蛍光寿命測定方法であって、測定対象の蛍光体が配されるステージを移動させる移動制御ステップと、移動制御ステップでの制御により一定の速度で移動されるステージに配される蛍光体に対して励起光を照射する照射ステップと、励起光により発する蛍光の残光を撮像する撮像ステップと、撮像ステップで撮像された画像を用いて、蛍光位置から、対象とすべき残光位置における経過時間と残光強度を検出し、蛍光寿命を算出する蛍光寿命算出ステップとを経る。
【０００８】
また本発明は、プログラムであって、移動制御手段に対して、測定対象の蛍光体が配されるステージを移動すべきこと、照射手段に対して、移動制御手段により一定の速度で移動されるステージに配される蛍光体に対して励起光を照射すべきこと、撮像手段に対して、励起光により発する蛍光の残光を撮像すべきこと、演算部に対して、撮像手段で撮像された画像を用いて、蛍光位置から、対象とすべき残光位置における経過時間と残光強度を検出し、蛍光寿命を算出すべきことを実行させる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、蛍光寿命を、移動方向における残光像として捉えるため、短時間に生じる光の強度変化を、光電子増倍管やストリークカメラを用いずに一般的なカメラによって得ることができ、この結果、蛍光寿命を簡易な構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】蛍光寿命測定装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】ディスクステージの構造を概略的に示す図である。
【図３】光学系の構成例を示す図である。
【図４】受光面でのビーム形状を概略的に示す図である。
【図５】測定部の構成を示すブロック図である。
【図６】励起光の照射時における撮像結果を示す写真である。
【図７】残光強度の時間変化を示すグラフである。
【図８】蛍光寿命測定処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。なお、説明は以下の順序とする。
＜１．実施の形態＞
［１−１．蛍光寿命測定装置の構成］
［１−２．測定部の具体的な構成］
［１−３．蛍光寿命測定処理手順］
［１−４．効果等］
＜２．他の実施の形態＞
【００１２】
＜１．実施の形態＞
発明を実施するための形態として蛍光寿命測定装置を説明する。
［１−１．蛍光寿命測定装置の構成］
図１において、蛍光寿命測定装置１の概略的な構成を示す。この蛍光寿命測定装置１は、円盤状のステージ（以下、これをディスクステージとも呼ぶ）２、レーザ光源３、光学系４、フォーカス制御部５、撮像部６及び測定部７を含む構成とされる。
【００１３】
ディスクステージ２は、その中心に設けられる貫通孔を介して、回転軸ＳＡに対して着脱可能に支持される。このディスクステージ２の構造を図２に示す。ディスクステージ２は、ディスク基板２Ａの一方の面に対して、反射膜２Ｂと、蛍光膜２Ｃとを順に成膜した層構造でなる。
【００１４】
ディスク基板２Ａは、蛍光励体２Ｃを励起する光（以下、これを励起光とも呼ぶ）に対して透明となる材料により形成され、例えば１．３[ｍｍ]程度の厚みとされる。具体的な材料として例えば石英が用いられる。
【００１５】
反射膜２Ｂは、所定量の界面反射を発生させ得る材料が用いられ、例えば１００[nm]程度の厚みで均一に成膜される。具体例として酸化チタンがあり、該酸化チタンでは、励起光の波長を４０５[ｎｍ]とし、ディスク基板２Ａを石英とした場合、２０[％]程度の界面反射が発生する。
【００１６】
蛍光膜２Ｃは、蛍光寿命を測定すべき有機又は無機の被測定材料でなり、例えば１００[nm]程度の厚みで均一に成膜される。
【００１７】
レーザ光源３は、ディスク基板２Ａのうち反射膜２Ｂが成膜される面とは逆側の面に対向され、蛍光膜２Ｃに対する励起光を照射するようになされている。この実施の形態では、波長が４０５[ｎｍ]、出力が１[ｍＷ]、横モードＴＥＭ００の励起光を照射するレーザ光源３が用いられる。
【００１８】
光学系４は、レーザ光源３から照射される励起光を、ディスク基板２Ａと反射膜２Ｂとの界面に集光し、該界面において反射する反射光をフォーカス制御部５に導くようになされている。この光学系４の具体的な構成例を図３に示す。
【００１９】
光学系４は、紙面に対して平行となる直線偏光としてレーザ光源３から出射されるレーザ光を、コリメーターレンズ１１により平行光として、偏光ビームスプリッター１２に導く。光学系４は、この偏光ビームスプリッター１２を透過するレーザ光を、１／４波長板１３により円偏光とし、対物レンズ１４によりディスク基板２Ａと反射膜２Ｂとの界面に集光するようになされている。
【００２０】
この反射膜２Ｂを透過して蛍光膜２Ｃに励起光が達した場合、蛍光膜２Ｃとして成膜される被測定蛍光体は励起して空間的に等方に蛍光を放出することとなる。
【００２１】
一方、光学系４は、ディスク基板２Ａと反射膜２Ｂとの界面で反射する反射光を、対物レンズ１４を介して１／４波長板１３に導き、該１／４波長板１３によりs偏光とする。光学系４は、このs偏光とされる反射光を、偏光ビームスプリッター１２により９０[°]方向に反射させ、集光レンズ１５及びシリンドリカルレンズ１６を介して測定部５（図１）に導くようになされている。
【００２２】
フォーカス制御部５は、光学系４から導かれる光を受光する受光部を有する。ここで、受光部における受光面での、光学系４から導かれる光の形状を図４に示す。ディスク基板２Ａと反射膜２Ｂとの界面に焦点がある場合には、破線で示す円形となる。一方、界面から焦点がずれた場合、シリンドリカルレンズ１６で発生する収差により、一点鎖線で示す楕円形状となる。具体的には、ディスク基板２Ａと反射膜２Ｂとの界面に対して焦点が手前であるか奥であるかに応じて、楕円形状の長軸短軸が入れ替わる。
【００２３】
フォーカス制御部５は、４分割される各領域での光電変換結果として受光部から得られる信号を用いてフォーカス制御信号を生成する。具体的には図４を例にすると、Ａ〜Ｄの領域の信号を取得し、（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）の演算によりフォーカス制御信号を生成する。
【００２４】
フォーカス制御部５は、このフォーカス制御信号に応じて光軸方向に移動可能なアクチュエーターを制御することで、該アクチュエーターに設けられる対物レンズ１４（図３）を、ディスク基板２Ａと反射膜２Ｂとの界面に焦点が位置するよう追従させる。
【００２５】
撮像部６は、ディスクステージ２の蛍光膜２Ｃと対向する側に設けられ、該蛍光膜２Ｃから発する蛍光を撮像し、該撮像結果を撮像データとして測定部７に与えるようになされている。
【００２６】
測定部７は、撮像部６から与えられる撮像データに基づいて蛍光寿命を算出するようになされている。
【００２７】
［１−２．測定部の構成］
次に、測定部７について具体的に説明する。図５において、測定部７の概略的な構成を示す。この測定部７は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)２１に対して各種ハードウェアをバス２２を介して接続することにより構成される。
【００２８】
ハードウェアとして、ＲＯＭ(Read Only Memory)２３、ＣＰＵ２１のワークメモリとなるＲＡＭ(Random Access Memory)２４及びインターフェイス２５が少なくとも採用される。この実施の形態では、ユーザの操作に応じた命令を入力する入力部２６、表示部２７及び記憶部２８も採用される。
【００２９】
ＲＯＭ２３には、蛍光寿命を測定する処理を実行するためのプログラム（以下、これを蛍光寿命測定プログラムとも呼ぶ）が格納される。インターフェイス２５には、回転軸ＳＡに取り付けられるスピンドルモータＳＭ（図１）と、レーザ光源３、フォーカス制御部４及び撮像部６（図１）とが接続される。
【００３０】
ＣＰＵ２１は、操作入力部２７から、蛍光寿命を測定する命令が与えられた場合、ＲＯＭ２３に格納される蛍光寿命測定プログラムをＲＡＭ２４に展開し、駆動部３１、前処理部３２及び蛍光寿命算出部３３として機能する。
【００３１】
駆動部３１は、励起光を所定周期で照射するようレーザ光源３を駆動させるとともに、ディスク基板２Ａと反射膜２Ｂとの界面に焦点が位置するようフォーカス制御部４を駆動させる。また駆動部３１は、線速度一定に回転するようスピンドルモータＳＭを駆動させるとともに、所定周期で撮像するよう撮像部６を駆動させる。
【００３２】
ここで、回転状態のディスクステージ２において照射すべき位置での蛍光ディスク基板２Ａと反射膜２Ｂとの界面の所定位置に励起光を瞬間的に照射したときの撮像結果を図６に示す。なお、この図６では撮像部６として、焦点距離が６．３３〜１９[ｍｍ]のレンズ、８１０万画素インターレース型でなる１／２．５インチのＣＣＤ(Charge Coupled Device)を有する１４[ｂｉｔ]のデジタルスチルカメラが用いられた。
【００３３】
この図６からも明らかなように、回転状態のディスクステージ２における蛍光膜２Ｃを照射位置で瞬間的に励起させた場合、該照射位置で発する蛍光が回転方向に残光として映ることとなる。
【００３４】
前処理部３２は、撮像部６から与えられる撮像データに示される画像において、照射位置で発する蛍光の残光の先端位置（図６では照射位置に最も近い黒丸部分）に対する末端位置（図６では照射位置から最も離れた黒丸部分）の強度の割合を算出する。
【００３５】
そして前処理部３２は、この割合が規定範囲内となるよう、インターフェイス２５を介してディスクステージ２の回転数又は撮像部６の画角を調整する。この結果、照射位置から目的とすべき強度をもつ位置（例えば消失直前の位置）までの残光が撮像範囲に納められることとなる。
【００３６】
蛍光寿命算出部３３は、ディスクステージ２の回転数又は撮像部６の画角が調整された場合、残光の先端位置から末端位置までの強度と経過時間とを所定間隔（図６では黒丸部分）ごとに算出し、当該算出結果から残光の時間変化を示す表（以下、これを残光変化表とも呼ぶ）を作成する。なお、図６における残光変化表を図７に示す。
【００３７】
ちなみに、経過時間は、残光の位置情報、ディスクステージの半径及び回転数から求めることができる。
【００３８】
そして蛍光寿命算出部３３は、次式
【００３９】
【数１】
【００４０】
に基づいて蛍光寿命を算出する。この（１）式における「Ｉ（ｔ）」は着目すべき位置での残光強度（残光強度の時間変化）、「Ｉ０」は照射位置での強度、「ｔ」は着目すべき位置での経過時間、「τ」は蛍光寿命である。また「（−ｔ／τ）」は、残光変化表（図６）の傾きを意味する。
【００４１】
ところで、ディスクステージ２に成膜される蛍光膜２Ｃ（図２）は、単一の励起状態に限らず、複数の励起状態を有するものもある。複数の励起状態を有する蛍光膜２Ｃである場合、残光変化表は、図７に示される直線状態を呈することはなく、該励起状態の数に応じた直線が混合した状態を呈することになる。
【００４２】
この場合、蛍光寿命算出部３３は、残光変化表におけるスロープのうち、傾斜の異なる直線部分や曲線を呈する部分を、着目すべき位置としてそれぞれ決定することで、複数の励起状態を有する蛍光膜２Ｃの蛍光寿命を算出することができる。
【００４３】
なお、図６に示されるスロープを呈した蛍光膜２Ｃの蛍光寿命は、図５に示す撮像時のディスクステージ２の線速度が１[m/sec]である場合、１．８[msec]として算出される。
【００４４】
［１−３．蛍光寿命測定処理手順］
次に、測定部７の蛍光寿命測定処理手順について、図８に示すフローチャートを用いて説明する。
【００４５】
すなわちＣＰＵ２１は、蛍光寿命を測定する命令が与えられた場合、この蛍光寿命測定処理手順を開始して第１ステップＳＰ１に移行する。ＣＰＵ２１は、この第１ステップＳＰ１では、スピンドルモータＳＭを駆動してディスクステージ２を線速度一定に回転させ、第２ステップＳＰ２に移行する。
【００４６】
ＣＰＵ２１は、この第２ステップＳＰ２では、レーザ光源３を駆動してディスクステージ２に対して励起光を所定周期で照射させ、第３ステップＳＰ３に移行する。ＣＰＵ２１は、この第３ステップＳＰ３では、フォーカス制御部４を駆動してディスク基板２Ａと反射膜２Ｂとの界面に焦点を位置させ、第４ステップＳＰ４に移行する。
【００４７】
ＣＰＵ２１は、この第４ステップＳＰ４では、撮像部６を駆動して、ディスクステージ２に対して励起光が照射された時点の画像の取り込みを開始し、第５ステップＳＰ５に移行する。
【００４８】
ＣＰＵ２１は、この第５ステップＳＰ５では、第４ステップＳＰ４で取り込んだ画像において、照射位置から目的とすべき強度をもつ位置（例えば消失直前の位置）までの残光を撮像範囲に納めて、第６ステップＳＰ６に移行する。具体的には、上述したように、照射位置で発する蛍光の残光の先端位置に対する末端位置での強度の割合が規定範囲内となるよう、ディスクステージ２の回転数又は撮像部６の画角が調整される。
【００４９】
ＣＰＵ２１は、この第６ステップＳＰ６では、残光の先端位置から末端位置までの強度と経過時間とを所定間隔ごとに算出し、第７ステップＳＰ７に移行する。ＣＰＵ２１は、この第７ステップＳＰ７では、第６ステップＳＰ６で算出した結果から残光変化表を作成し、第８ステップＳＰ８に移行する。
【００５０】
ＣＰＵ２１は、この第８ステップＳＰ８では、（１）式に基づいて蛍光寿命を算出した後、この蛍光寿命測定処理手順を終了する。なお、第７ステップＳＰ７で作成したスロープが非直線となる場合、ＣＰＵ２１は、第８ステップＳＰ８において、残光変化表に示されるスロープのうち、傾きの異なる直線部分や曲線を呈する部分ごとに蛍光寿命を算出するようになされている。
【００５１】
[１−４．効果等］
以上の構成において、この蛍光寿命測定装置１は、回転するディスクステージ２に配される蛍光体に対して励起光を照射し、該励起光により発する蛍光の残光を撮像部６で撮像する。そして蛍光寿命測定装置１は、蛍光位置から、対象とすべき残光位置における経過時間と残光強度を検出し、該残光強度及び経過時間を用いて蛍光寿命を算出する。
【００５２】
この蛍光寿命測定装置１は、蛍光寿命を、回転方向における残光像として捉えるため、ストリークカメラを用いることなく短時間に生じる光の強度変化を得ることができ、この結果、蛍光寿命を簡易な構成とすることができる。
【００５３】
またこの蛍光寿命測定装置１は、回転するディスクステージ２に配される蛍光体に対して、所定周期単位で瞬間的にレーザ光を照射する。したがってこの蛍光寿命測定装置１は、パルスレーザ光を用いる場合に比してその構成を簡易化することができる。また、測定中にパルスレーザ光を照射し続ける場合に比して、励起光による蛍光体の物性変化を抑えることができ、この結果、該蛍光体の蛍光寿命を正しく測定することが可能となる。
【００５４】
またこの蛍光寿命測定装置１は、残光強度の時間変化を示す線が非直線となる場合、該線のうち、傾きの異なる直線部分乃至曲線を呈する部分ごとに蛍光寿命を算出する。
【００５５】
したがってこの蛍光寿命測定装置１は、蛍光体が複数の励起状態を有する場合であっても、該蛍光体の蛍光寿命を算出することができる。
【００５６】
以上の構成によれば、この蛍光寿命測定装置１は、蛍光寿命を、回転方向における残光像として捉えるようにしたことにより、ストリークカメラを用いることなく短時間に生じる光の強度変化を得ることができ、この結果、蛍光寿命を簡易な構成とすることができる。
【００５７】
＜２．他の実施の形態＞
上述の実施の形態では、蛍光寿命を算出する前に、撮像される残光の先端位置に対する末端位置での強度の割合が規定範囲内となるよう、ディスクステージ２の回転数又は撮像部６の画角が調整された。
【００５８】
この実施の形態に代えて、ディスクステージ２全体が撮像範囲内に納まるよう撮像部６の画角を固定としてもよい。このようにすれば、上記調整をしなくとも、撮像範囲での蛍光強度と残光強度との割合を一定にしつつ、上述の実施の形態と同様にして蛍光寿命を算出することができる。ただし、残光感度の観点では、ディスクステージ２の回転数又は撮像部６の画角を調整する上述の実施の形態のほうが好ましい。
【００５９】
また上述の実施の形態では、測定対象の蛍光体が配されるステージを移動させる移動手段として、回転移動させるスピンドルモータＳＭが適用された。しかしながら移動手段は、回転移動させるものに限定されるものではない。例えば、直線移動させるものを適用することができる。要は、一定の移動速度を、全体として又はある過程において実現可能な移動手段であればよい。
【００６０】
また上述の実施の形態では、測定すべき蛍光体が、ディスクステージ２全体に膜として配置された。しかしながら配置位置はステージ全体に限定されるものではなく、また膜以外の態様で配するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、遺伝子実験、医薬の創製又は患者の経過観察などのバイオ産業上において利用することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１……蛍光寿命測定装置、２……ディスクステージ、２Ａ……ディスク基板、２Ｂ……反射膜、２Ｃ……蛍光膜、３……レーザ光源、４……光学系、５……フォーカス制御部、６……撮像部、７……測定部、２１……ＣＰＵ、２２……バス、２３……ＲＯＭ、２４……ＲＡＭ、３１……駆動部、３２……前処理部、３３……蛍光寿命算出部、ＳＭ……スピンドルモータ、ＳＡ……回転軸。
【技術分野】
【０００１】
本発明は蛍光寿命測定装置、蛍光寿命測定方法及びプログラムに関し、励起光の照射により発する光の寿命を検出する技術を用いる分野に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、セルに保持される試料に対してパルス状の励起光を照射し、該励起光により発する蛍光の時間波形を光電子増倍管やストリークカメラを用いて測定し、当該測定結果から蛍光寿命を得る蛍光寿命測定装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３４９８３３公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところがかかる蛍光寿命測定装置は、光電子増倍管やストリークカメラ自体が比較的大型なものであるため全体として大型となる。またこの蛍光寿命測定装置では、パルス状の励起光を照射する光源が用いれられ、該光源からの照射タイミングに合わせて、光電子増倍管やストリークカメラを駆動ことが必要となるため、光電子増倍管やストリークカメラの調整過程が複雑かつ長時間を要していた。
【０００５】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、簡易な構成で蛍光寿命を取得し得る蛍光寿命測定装置、蛍光寿命測定方法及びプログラムを提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために本発明は、蛍光寿命測定装置であって、測定対象の蛍光体が配されるステージを移動させる移動手段と、移動手段により一定の速度で移動されるステージに配される蛍光体に対して励起光を照射する照射手段と、励起光により発する蛍光の残光を撮像する撮像手段と、撮像部が撮像した画像を用いて、蛍光位置から、対象とすべき残光位置における経過時間と残光強度を検出し、蛍光寿命を算出する蛍光寿命算出手段とを設ける。
【０００７】
また本発明は、蛍光寿命測定方法であって、測定対象の蛍光体が配されるステージを移動させる移動制御ステップと、移動制御ステップでの制御により一定の速度で移動されるステージに配される蛍光体に対して励起光を照射する照射ステップと、励起光により発する蛍光の残光を撮像する撮像ステップと、撮像ステップで撮像された画像を用いて、蛍光位置から、対象とすべき残光位置における経過時間と残光強度を検出し、蛍光寿命を算出する蛍光寿命算出ステップとを経る。
【０００８】
また本発明は、プログラムであって、移動制御手段に対して、測定対象の蛍光体が配されるステージを移動すべきこと、照射手段に対して、移動制御手段により一定の速度で移動されるステージに配される蛍光体に対して励起光を照射すべきこと、撮像手段に対して、励起光により発する蛍光の残光を撮像すべきこと、演算部に対して、撮像手段で撮像された画像を用いて、蛍光位置から、対象とすべき残光位置における経過時間と残光強度を検出し、蛍光寿命を算出すべきことを実行させる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、蛍光寿命を、移動方向における残光像として捉えるため、短時間に生じる光の強度変化を、光電子増倍管やストリークカメラを用いずに一般的なカメラによって得ることができ、この結果、蛍光寿命を簡易な構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】蛍光寿命測定装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】ディスクステージの構造を概略的に示す図である。
【図３】光学系の構成例を示す図である。
【図４】受光面でのビーム形状を概略的に示す図である。
【図５】測定部の構成を示すブロック図である。
【図６】励起光の照射時における撮像結果を示す写真である。
【図７】残光強度の時間変化を示すグラフである。
【図８】蛍光寿命測定処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。なお、説明は以下の順序とする。
＜１．実施の形態＞
［１−１．蛍光寿命測定装置の構成］
［１−２．測定部の具体的な構成］
［１−３．蛍光寿命測定処理手順］
［１−４．効果等］
＜２．他の実施の形態＞
【００１２】
＜１．実施の形態＞
発明を実施するための形態として蛍光寿命測定装置を説明する。
［１−１．蛍光寿命測定装置の構成］
図１において、蛍光寿命測定装置１の概略的な構成を示す。この蛍光寿命測定装置１は、円盤状のステージ（以下、これをディスクステージとも呼ぶ）２、レーザ光源３、光学系４、フォーカス制御部５、撮像部６及び測定部７を含む構成とされる。
【００１３】
ディスクステージ２は、その中心に設けられる貫通孔を介して、回転軸ＳＡに対して着脱可能に支持される。このディスクステージ２の構造を図２に示す。ディスクステージ２は、ディスク基板２Ａの一方の面に対して、反射膜２Ｂと、蛍光膜２Ｃとを順に成膜した層構造でなる。
【００１４】
ディスク基板２Ａは、蛍光励体２Ｃを励起する光（以下、これを励起光とも呼ぶ）に対して透明となる材料により形成され、例えば１．３[ｍｍ]程度の厚みとされる。具体的な材料として例えば石英が用いられる。
【００１５】
反射膜２Ｂは、所定量の界面反射を発生させ得る材料が用いられ、例えば１００[nm]程度の厚みで均一に成膜される。具体例として酸化チタンがあり、該酸化チタンでは、励起光の波長を４０５[ｎｍ]とし、ディスク基板２Ａを石英とした場合、２０[％]程度の界面反射が発生する。
【００１６】
蛍光膜２Ｃは、蛍光寿命を測定すべき有機又は無機の被測定材料でなり、例えば１００[nm]程度の厚みで均一に成膜される。
【００１７】
レーザ光源３は、ディスク基板２Ａのうち反射膜２Ｂが成膜される面とは逆側の面に対向され、蛍光膜２Ｃに対する励起光を照射するようになされている。この実施の形態では、波長が４０５[ｎｍ]、出力が１[ｍＷ]、横モードＴＥＭ００の励起光を照射するレーザ光源３が用いられる。
【００１８】
光学系４は、レーザ光源３から照射される励起光を、ディスク基板２Ａと反射膜２Ｂとの界面に集光し、該界面において反射する反射光をフォーカス制御部５に導くようになされている。この光学系４の具体的な構成例を図３に示す。
【００１９】
光学系４は、紙面に対して平行となる直線偏光としてレーザ光源３から出射されるレーザ光を、コリメーターレンズ１１により平行光として、偏光ビームスプリッター１２に導く。光学系４は、この偏光ビームスプリッター１２を透過するレーザ光を、１／４波長板１３により円偏光とし、対物レンズ１４によりディスク基板２Ａと反射膜２Ｂとの界面に集光するようになされている。
【００２０】
この反射膜２Ｂを透過して蛍光膜２Ｃに励起光が達した場合、蛍光膜２Ｃとして成膜される被測定蛍光体は励起して空間的に等方に蛍光を放出することとなる。
【００２１】
一方、光学系４は、ディスク基板２Ａと反射膜２Ｂとの界面で反射する反射光を、対物レンズ１４を介して１／４波長板１３に導き、該１／４波長板１３によりs偏光とする。光学系４は、このs偏光とされる反射光を、偏光ビームスプリッター１２により９０[°]方向に反射させ、集光レンズ１５及びシリンドリカルレンズ１６を介して測定部５（図１）に導くようになされている。
【００２２】
フォーカス制御部５は、光学系４から導かれる光を受光する受光部を有する。ここで、受光部における受光面での、光学系４から導かれる光の形状を図４に示す。ディスク基板２Ａと反射膜２Ｂとの界面に焦点がある場合には、破線で示す円形となる。一方、界面から焦点がずれた場合、シリンドリカルレンズ１６で発生する収差により、一点鎖線で示す楕円形状となる。具体的には、ディスク基板２Ａと反射膜２Ｂとの界面に対して焦点が手前であるか奥であるかに応じて、楕円形状の長軸短軸が入れ替わる。
【００２３】
フォーカス制御部５は、４分割される各領域での光電変換結果として受光部から得られる信号を用いてフォーカス制御信号を生成する。具体的には図４を例にすると、Ａ〜Ｄの領域の信号を取得し、（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）の演算によりフォーカス制御信号を生成する。
【００２４】
フォーカス制御部５は、このフォーカス制御信号に応じて光軸方向に移動可能なアクチュエーターを制御することで、該アクチュエーターに設けられる対物レンズ１４（図３）を、ディスク基板２Ａと反射膜２Ｂとの界面に焦点が位置するよう追従させる。
【００２５】
撮像部６は、ディスクステージ２の蛍光膜２Ｃと対向する側に設けられ、該蛍光膜２Ｃから発する蛍光を撮像し、該撮像結果を撮像データとして測定部７に与えるようになされている。
【００２６】
測定部７は、撮像部６から与えられる撮像データに基づいて蛍光寿命を算出するようになされている。
【００２７】
［１−２．測定部の構成］
次に、測定部７について具体的に説明する。図５において、測定部７の概略的な構成を示す。この測定部７は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)２１に対して各種ハードウェアをバス２２を介して接続することにより構成される。
【００２８】
ハードウェアとして、ＲＯＭ(Read Only Memory)２３、ＣＰＵ２１のワークメモリとなるＲＡＭ(Random Access Memory)２４及びインターフェイス２５が少なくとも採用される。この実施の形態では、ユーザの操作に応じた命令を入力する入力部２６、表示部２７及び記憶部２８も採用される。
【００２９】
ＲＯＭ２３には、蛍光寿命を測定する処理を実行するためのプログラム（以下、これを蛍光寿命測定プログラムとも呼ぶ）が格納される。インターフェイス２５には、回転軸ＳＡに取り付けられるスピンドルモータＳＭ（図１）と、レーザ光源３、フォーカス制御部４及び撮像部６（図１）とが接続される。
【００３０】
ＣＰＵ２１は、操作入力部２７から、蛍光寿命を測定する命令が与えられた場合、ＲＯＭ２３に格納される蛍光寿命測定プログラムをＲＡＭ２４に展開し、駆動部３１、前処理部３２及び蛍光寿命算出部３３として機能する。
【００３１】
駆動部３１は、励起光を所定周期で照射するようレーザ光源３を駆動させるとともに、ディスク基板２Ａと反射膜２Ｂとの界面に焦点が位置するようフォーカス制御部４を駆動させる。また駆動部３１は、線速度一定に回転するようスピンドルモータＳＭを駆動させるとともに、所定周期で撮像するよう撮像部６を駆動させる。
【００３２】
ここで、回転状態のディスクステージ２において照射すべき位置での蛍光ディスク基板２Ａと反射膜２Ｂとの界面の所定位置に励起光を瞬間的に照射したときの撮像結果を図６に示す。なお、この図６では撮像部６として、焦点距離が６．３３〜１９[ｍｍ]のレンズ、８１０万画素インターレース型でなる１／２．５インチのＣＣＤ(Charge Coupled Device)を有する１４[ｂｉｔ]のデジタルスチルカメラが用いられた。
【００３３】
この図６からも明らかなように、回転状態のディスクステージ２における蛍光膜２Ｃを照射位置で瞬間的に励起させた場合、該照射位置で発する蛍光が回転方向に残光として映ることとなる。
【００３４】
前処理部３２は、撮像部６から与えられる撮像データに示される画像において、照射位置で発する蛍光の残光の先端位置（図６では照射位置に最も近い黒丸部分）に対する末端位置（図６では照射位置から最も離れた黒丸部分）の強度の割合を算出する。
【００３５】
そして前処理部３２は、この割合が規定範囲内となるよう、インターフェイス２５を介してディスクステージ２の回転数又は撮像部６の画角を調整する。この結果、照射位置から目的とすべき強度をもつ位置（例えば消失直前の位置）までの残光が撮像範囲に納められることとなる。
【００３６】
蛍光寿命算出部３３は、ディスクステージ２の回転数又は撮像部６の画角が調整された場合、残光の先端位置から末端位置までの強度と経過時間とを所定間隔（図６では黒丸部分）ごとに算出し、当該算出結果から残光の時間変化を示す表（以下、これを残光変化表とも呼ぶ）を作成する。なお、図６における残光変化表を図７に示す。
【００３７】
ちなみに、経過時間は、残光の位置情報、ディスクステージの半径及び回転数から求めることができる。
【００３８】
そして蛍光寿命算出部３３は、次式
【００３９】
【数１】
【００４０】
に基づいて蛍光寿命を算出する。この（１）式における「Ｉ（ｔ）」は着目すべき位置での残光強度（残光強度の時間変化）、「Ｉ０」は照射位置での強度、「ｔ」は着目すべき位置での経過時間、「τ」は蛍光寿命である。また「（−ｔ／τ）」は、残光変化表（図６）の傾きを意味する。
【００４１】
ところで、ディスクステージ２に成膜される蛍光膜２Ｃ（図２）は、単一の励起状態に限らず、複数の励起状態を有するものもある。複数の励起状態を有する蛍光膜２Ｃである場合、残光変化表は、図７に示される直線状態を呈することはなく、該励起状態の数に応じた直線が混合した状態を呈することになる。
【００４２】
この場合、蛍光寿命算出部３３は、残光変化表におけるスロープのうち、傾斜の異なる直線部分や曲線を呈する部分を、着目すべき位置としてそれぞれ決定することで、複数の励起状態を有する蛍光膜２Ｃの蛍光寿命を算出することができる。
【００４３】
なお、図６に示されるスロープを呈した蛍光膜２Ｃの蛍光寿命は、図５に示す撮像時のディスクステージ２の線速度が１[m/sec]である場合、１．８[msec]として算出される。
【００４４】
［１−３．蛍光寿命測定処理手順］
次に、測定部７の蛍光寿命測定処理手順について、図８に示すフローチャートを用いて説明する。
【００４５】
すなわちＣＰＵ２１は、蛍光寿命を測定する命令が与えられた場合、この蛍光寿命測定処理手順を開始して第１ステップＳＰ１に移行する。ＣＰＵ２１は、この第１ステップＳＰ１では、スピンドルモータＳＭを駆動してディスクステージ２を線速度一定に回転させ、第２ステップＳＰ２に移行する。
【００４６】
ＣＰＵ２１は、この第２ステップＳＰ２では、レーザ光源３を駆動してディスクステージ２に対して励起光を所定周期で照射させ、第３ステップＳＰ３に移行する。ＣＰＵ２１は、この第３ステップＳＰ３では、フォーカス制御部４を駆動してディスク基板２Ａと反射膜２Ｂとの界面に焦点を位置させ、第４ステップＳＰ４に移行する。
【００４７】
ＣＰＵ２１は、この第４ステップＳＰ４では、撮像部６を駆動して、ディスクステージ２に対して励起光が照射された時点の画像の取り込みを開始し、第５ステップＳＰ５に移行する。
【００４８】
ＣＰＵ２１は、この第５ステップＳＰ５では、第４ステップＳＰ４で取り込んだ画像において、照射位置から目的とすべき強度をもつ位置（例えば消失直前の位置）までの残光を撮像範囲に納めて、第６ステップＳＰ６に移行する。具体的には、上述したように、照射位置で発する蛍光の残光の先端位置に対する末端位置での強度の割合が規定範囲内となるよう、ディスクステージ２の回転数又は撮像部６の画角が調整される。
【００４９】
ＣＰＵ２１は、この第６ステップＳＰ６では、残光の先端位置から末端位置までの強度と経過時間とを所定間隔ごとに算出し、第７ステップＳＰ７に移行する。ＣＰＵ２１は、この第７ステップＳＰ７では、第６ステップＳＰ６で算出した結果から残光変化表を作成し、第８ステップＳＰ８に移行する。
【００５０】
ＣＰＵ２１は、この第８ステップＳＰ８では、（１）式に基づいて蛍光寿命を算出した後、この蛍光寿命測定処理手順を終了する。なお、第７ステップＳＰ７で作成したスロープが非直線となる場合、ＣＰＵ２１は、第８ステップＳＰ８において、残光変化表に示されるスロープのうち、傾きの異なる直線部分や曲線を呈する部分ごとに蛍光寿命を算出するようになされている。
【００５１】
[１−４．効果等］
以上の構成において、この蛍光寿命測定装置１は、回転するディスクステージ２に配される蛍光体に対して励起光を照射し、該励起光により発する蛍光の残光を撮像部６で撮像する。そして蛍光寿命測定装置１は、蛍光位置から、対象とすべき残光位置における経過時間と残光強度を検出し、該残光強度及び経過時間を用いて蛍光寿命を算出する。
【００５２】
この蛍光寿命測定装置１は、蛍光寿命を、回転方向における残光像として捉えるため、ストリークカメラを用いることなく短時間に生じる光の強度変化を得ることができ、この結果、蛍光寿命を簡易な構成とすることができる。
【００５３】
またこの蛍光寿命測定装置１は、回転するディスクステージ２に配される蛍光体に対して、所定周期単位で瞬間的にレーザ光を照射する。したがってこの蛍光寿命測定装置１は、パルスレーザ光を用いる場合に比してその構成を簡易化することができる。また、測定中にパルスレーザ光を照射し続ける場合に比して、励起光による蛍光体の物性変化を抑えることができ、この結果、該蛍光体の蛍光寿命を正しく測定することが可能となる。
【００５４】
またこの蛍光寿命測定装置１は、残光強度の時間変化を示す線が非直線となる場合、該線のうち、傾きの異なる直線部分乃至曲線を呈する部分ごとに蛍光寿命を算出する。
【００５５】
したがってこの蛍光寿命測定装置１は、蛍光体が複数の励起状態を有する場合であっても、該蛍光体の蛍光寿命を算出することができる。
【００５６】
以上の構成によれば、この蛍光寿命測定装置１は、蛍光寿命を、回転方向における残光像として捉えるようにしたことにより、ストリークカメラを用いることなく短時間に生じる光の強度変化を得ることができ、この結果、蛍光寿命を簡易な構成とすることができる。
【００５７】
＜２．他の実施の形態＞
上述の実施の形態では、蛍光寿命を算出する前に、撮像される残光の先端位置に対する末端位置での強度の割合が規定範囲内となるよう、ディスクステージ２の回転数又は撮像部６の画角が調整された。
【００５８】
この実施の形態に代えて、ディスクステージ２全体が撮像範囲内に納まるよう撮像部６の画角を固定としてもよい。このようにすれば、上記調整をしなくとも、撮像範囲での蛍光強度と残光強度との割合を一定にしつつ、上述の実施の形態と同様にして蛍光寿命を算出することができる。ただし、残光感度の観点では、ディスクステージ２の回転数又は撮像部６の画角を調整する上述の実施の形態のほうが好ましい。
【００５９】
また上述の実施の形態では、測定対象の蛍光体が配されるステージを移動させる移動手段として、回転移動させるスピンドルモータＳＭが適用された。しかしながら移動手段は、回転移動させるものに限定されるものではない。例えば、直線移動させるものを適用することができる。要は、一定の移動速度を、全体として又はある過程において実現可能な移動手段であればよい。
【００６０】
また上述の実施の形態では、測定すべき蛍光体が、ディスクステージ２全体に膜として配置された。しかしながら配置位置はステージ全体に限定されるものではなく、また膜以外の態様で配するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、遺伝子実験、医薬の創製又は患者の経過観察などのバイオ産業上において利用することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１……蛍光寿命測定装置、２……ディスクステージ、２Ａ……ディスク基板、２Ｂ……反射膜、２Ｃ……蛍光膜、３……レーザ光源、４……光学系、５……フォーカス制御部、６……撮像部、７……測定部、２１……ＣＰＵ、２２……バス、２３……ＲＯＭ、２４……ＲＡＭ、３１……駆動部、３２……前処理部、３３……蛍光寿命算出部、ＳＭ……スピンドルモータ、ＳＡ……回転軸。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の蛍光体が配されるステージを移動させる移動手段と、
上記移動手段により一定の速度で移動されるステージに配される蛍光体に対して励起光を照射する照射手段と、
上記励起光により発する蛍光の残光を撮像する撮像手段と、
上記撮像部が撮像した画像を用いて、対象とすべき残光位置における蛍光位置からの経過時間と、残光強度とを検出し、蛍光寿命を算出する蛍光寿命算出手段と
を有する蛍光寿命測定装置。
【請求項２】
上記蛍光寿命算出手段は、
残光強度の時間変化を示す線が非直線となる場合、該線のうち、傾きの異なる直線部分乃至曲線を呈する部分ごとに蛍光寿命を算出する、請求項１に記載の蛍光寿命測定装置。
【請求項３】
撮像される残光の先端位置に対する末端位置での強度の割合が規定範囲内となるよう、上記移動手段の移動速度又は上記撮像手段の画角を調整する調整手段をさらに有し、
上記蛍光寿命算出手段は、
上記調整手段が調整した以降の画像を用いて、上記蛍光寿命を算出する、請求項２に記載の蛍光寿命測定装置。
【請求項４】
上記移動手段は、測定対象の蛍光体が配されるステージを回転移動させる、請求項３に記載の蛍光寿命測定装置。
【請求項５】
測定対象の蛍光体が配されるステージを移動させる移動制御ステップと、
上記移動制御ステップでの制御により一定の速度で移動されるステージに配される蛍光体に対して励起光を照射する照射ステップと、
上記励起光により発する蛍光の残光を撮像する撮像ステップと、
上記撮像ステップで撮像された画像を用いて、対象とすべき残光位置における蛍光位置からの経過時間と、残光強度とを検出し、蛍光寿命を算出する蛍光寿命算出ステップと
を有する蛍光寿命測定方法。
【請求項６】
移動制御手段に対して、測定対象の蛍光体が配されるステージを移動すべきこと、
照射手段に対して、上記移動制御手段により一定の速度で移動されるステージに配される蛍光体に対して励起光を照射すべきこと、
撮像手段に対して、上記励起光により発する蛍光の残光を撮像すべきこと、
演算部に対して、上記撮像手段で撮像された画像を用いて、対象とすべき残光位置における蛍光位置からの経過時間と、残光強度とを検出し、蛍光寿命を算出すべきこと
を実行させるプログラム。
【請求項１】
測定対象の蛍光体が配されるステージを移動させる移動手段と、
上記移動手段により一定の速度で移動されるステージに配される蛍光体に対して励起光を照射する照射手段と、
上記励起光により発する蛍光の残光を撮像する撮像手段と、
上記撮像部が撮像した画像を用いて、対象とすべき残光位置における蛍光位置からの経過時間と、残光強度とを検出し、蛍光寿命を算出する蛍光寿命算出手段と
を有する蛍光寿命測定装置。
【請求項２】
上記蛍光寿命算出手段は、
残光強度の時間変化を示す線が非直線となる場合、該線のうち、傾きの異なる直線部分乃至曲線を呈する部分ごとに蛍光寿命を算出する、請求項１に記載の蛍光寿命測定装置。
【請求項３】
撮像される残光の先端位置に対する末端位置での強度の割合が規定範囲内となるよう、上記移動手段の移動速度又は上記撮像手段の画角を調整する調整手段をさらに有し、
上記蛍光寿命算出手段は、
上記調整手段が調整した以降の画像を用いて、上記蛍光寿命を算出する、請求項２に記載の蛍光寿命測定装置。
【請求項４】
上記移動手段は、測定対象の蛍光体が配されるステージを回転移動させる、請求項３に記載の蛍光寿命測定装置。
【請求項５】
測定対象の蛍光体が配されるステージを移動させる移動制御ステップと、
上記移動制御ステップでの制御により一定の速度で移動されるステージに配される蛍光体に対して励起光を照射する照射ステップと、
上記励起光により発する蛍光の残光を撮像する撮像ステップと、
上記撮像ステップで撮像された画像を用いて、対象とすべき残光位置における蛍光位置からの経過時間と、残光強度とを検出し、蛍光寿命を算出する蛍光寿命算出ステップと
を有する蛍光寿命測定方法。
【請求項６】
移動制御手段に対して、測定対象の蛍光体が配されるステージを移動すべきこと、
照射手段に対して、上記移動制御手段により一定の速度で移動されるステージに配される蛍光体に対して励起光を照射すべきこと、
撮像手段に対して、上記励起光により発する蛍光の残光を撮像すべきこと、
演算部に対して、上記撮像手段で撮像された画像を用いて、対象とすべき残光位置における蛍光位置からの経過時間と、残光強度とを検出し、蛍光寿命を算出すべきこと
を実行させるプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１６４４６８（Ｐ２０１０−１６４４６８Ａ）
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７７２２（Ｐ２００９−７７２２）
【出願日】平成２１年１月１６日（２００９．１．１６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月１６日（２００９．１．１６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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